1

MULTIPLEXACIÓN1

REDES DE COMPUTADORES

TEMA 4

MULTIPLEXACIÓN

MULTIPLEXACIÓN2

MULTIPLEXACIÓN

1.- Introducción2.- Multiplexación por división en frecuencias3.- ADSL4.- Multiplexación por división en el tiempo síncrona5.- Multiplexación por división en el tiempo

estadística

2

MULTIPLEXACIÓN3

1.- INTRODUCCIÓN

• Objetivo de la multiplexación: compartir la capacidad de transmisión de datos sobre un mismo enlace para aumentar la eficiencia (sobre todo en líneas de grandes distancias).

• MUX: combina los datos de n líneas de entrada y los envía por un único enlace de salida.

• DEMUX: separa de 1 enlace a n salidas.• Función situada entre el nivel de enlace y el nivel físico

n entradas n salidas1 enlace, n canales

MULTIPLEXACIÓN4

REDES DE COMPUTADORES

TEMA 4.2

Multiplexación por división en Frecuencias

3

MULTIPLEXACIÓN5

2.- Multiplexación por división en frecuencias (FDM)

• FDM: Frecuency Division Multiplexing• Ancho de banda útil del medio > B de la señal.• Modulando cada señal con portadora distinta y

suficientemente separada por una banda de seguridad para no solapar.

• Modular: desplazar una señal debanda base a una banda apropiada para la transmisión conjunta.

• Ejemplo: la radio convencional.

MULTIPLEXACIÓN6

FDM

Señales de entrada analógicas o digitales

B Bscii

N>=∑

1

•La señal multiplexada se puede de nuevo multiplexar en su conjunto en un nivel jerárquico superior.•El ancho de banda de la señal compuesta:

Señal compuesta analógica

4

MULTIPLEXACIÓN7

FDMSeñal en

banda basecompuesta

SeñalFDM

•Espectro de mb(t)

MULTIPLEXACIÓN8

FDM

• Problemas:– Diafonía (solapamientos)– Intermodulación (no

linealidades)

• Ejemplo de señales de voz telefónica modulada en AM y filtrando la BLIpara multiplexar con otras dos señales.

5

MULTIPLEXACIÓN9

FDM jerárquica

• Normativas: ATT / ITU-T• ATT

– Grupo: • 12 canales de voz.

– con 4 kHz cada uno = 48 kHz• Espectro: 60 kHz hasta 108 kHz

– Supergrupo:• 60 canales de voz• FDM de 5 señales de grupo con portadoras entre 420 kHz y 612 kHz

– Grupo maestro:• 600 canales de voz • 10 supergrupos

MULTIPLEXACIÓN10

Estándares de portadora FDM norteamericanos e internacionales

Grupo jumbo multiplexado3,124-60,566MHz57,442MHz10800

Grupo jumbo0,564-17,548MHz16,984MHz3600

Grupo maestro multiplexadoNx600

Grupo supermaestro8,516-12,388MHz3,872MHz900

Grupo maestro564-3084KHz2,52MHz600

Grupo maestro812-2044KHz1,232MHz300

SupergrupoSupergrupo312-552KHz240KHz60

GrupoGrupo60-108KHz48KHz12

ITU-TAT&TEspectroAncho de banda

Número de canales

de voz

6

MULTIPLEXACIÓN11

REDES DE COMPUTADORES

TEMA 4.3

ADSL

MULTIPLEXACIÓN12

3.- ADSL

• ADSL: Línea de abonado digital asimétrica.• Enlace entre el abonado y la red:

– Enlace a nivel local.

• Aprovecha el cable de par trenzado ya instalado:– Puede transmitir señales con espectro mucho más amplio.– 1 MHz o más.

7

MULTIPLEXACIÓN13

Diseño ADSL

• Asimétrico:– Mayor capacidad de transmisión en el enlace descendente que en el

ascendente.

• Modulación por división en frecuencias:– Reserva de los 25 kHz inferiores para voz:

• POTS (“Plain old telephone service” )– Utilización de cancelación de eco o de FDM para dar cabida a dos

bandas.– Uso de FDM en las bandas.

• Permite distancias de hasta 5,5 km

MULTIPLEXACIÓN14

Configuración de canales ADSL

(a) Multiplexación por división en frecuencias

(b) Cancelación de eco

Enlace descendente

Enlace descendente

Enlace ascendente

Enlace ascendente

Cancelación

de eco

POTS

POTS

8

MULTIPLEXACIÓN15

REDES DE COMPUTADORES

TEMA 4.4

Multiplexación por división en el tiempo síncrona

MULTIPLEXACIÓN16

4.- Multiplexación por división en el tiempo síncrona (TDM)

• TDM: Time Division Multiplexing• Mezcla en el tiempo temporal de varias señales digitales.• La velocidad de transmisión por el medio excede la

velocidad de las señales digitales a transmitir.• El proceso de mezcla puede ser a nivel de bits o en bloques

de octetos.• Las ranuras temporales se preasignan y fijan a las distintas

fuentes.• Las ranuras temporales se asignan, incluso, si no hay datos.• Las ranuras temporales no se tienen que distribuir de

manera igualitaria entre las fuentes.

9

MULTIPLEXACIÓN17

Memoria temporal

Memoria temporal

Memoria temporal

Trama

Ranura temporal: Ranura temporal: puede estar vacpuede estar vacíía u a u ocupadaocupada (b) Tramas TDM(b) Tramas TDM

Trama

(a) Transmisor(a) Transmisor

Operaciónde sondeo

Modem

Secuencia Secuencia TDMTDM

Secuencia Secuencia TDM TDM moduladamodulada

Memoria temporal

Memoria temporal

Memoria temporal

Memoria temporal

(c)Receptor(c)Receptor

Operaciónde sondeo

Modem

Secuencia Secuencia TDMTDM

Secuencia Secuencia TDM TDM moduladamodulada

(a) Transmisor

Memoria temporal

Memoria temporal

Memoria temporal

Memoria temporal

Memoria temporal

Memoria temporal

Operación de

sondeo

Operación de

sondeoModem

Modem

Secuencia TDM

Secuencia TDMSecuencia TDM modulada

Secuencia TDM modulada

Trama Trama

Ranura temporal: puede estar vacía u ocupada

(b) Tramas TDM

(c) Receptor

SIST

EMA

TD

M

MULTIPLEXACIÓN18

TDM síncrona

• Los datos se organizan en tramas.• Cada trama contiene subdivisiones de tiempo (un bit o un

carácter), una para cada fuente o canal.

• En una trama no hay cabeceras: control de flujo y de errores ???• Control de flujo:

– La velocidad de datos en la línea del multiplexor es fija– Diseñados equipos para esa velocidad– Si un canal receptor no puede recibir datos, los otros lo harán– La fuente correspondiente se debe apagar– Esto deja ranuras libres

10

MULTIPLEXACIÓN19

TDM síncrona

• Control de errores:– Los errores son detectados y manejados por cada canal individual

• Delimitación de tramas: fundamental. Típicamente un bit de control en cada trama con una combinación predefinida (101010...) que se busca hasta que se consigue la sincronización.

• Problema: deriva del reloj en fuentes• Solución: inserción de bits en posiciones fijas (a veces

relleno, a veces datos)• Régimen de salida > suma de Rmáx de entradas

MULTIPLEXACIÓN20

Control del enlace en canales TDM

Entrada1

Entrada2

Entrada1

Entrada2

(a) Configuración

(b) Cadenas de datos de entrada

(c) Cadenas de datos multiplexada

Salida1

Salida2

Leyenda: F = campo delimitadorA = campo de direccionesC = campo de control

d = un octeto del camo de datosf = un octeto del campo FCS

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MULTIPLEXACIÓN21

TDM para fuentes analógicas y digitales

Fuente 1,

Fuente 4,

Fuente 3,

Fuente 2,

Fuente 1,

Fuente 5,

Inserción de bits

Fuente 1,

Inserción de bits

Inserción de bits

Digital 7,2 kbpsDigital 7,2 kbpsDigital 7,2 kbpsDigital 7,2 kbpsDigital 7,2 kbpsDigital 7,2 kbpsDigital 7,2 kbps

analógica 2 kHz

digital 7,2 kbps

analógica 2 kHz

digital 7,2 kbps

digital 7,2 kbps

Sondeo

Señal de salida

TDM a 128 kbps

Señal TDM PAM a Señal TDM PCM aA/D de

4 bits

Fuente 1,

16 kmuestras/sg 64 kbps

analógica 4 kHzf = 4 kHz

8 kbps, digital

8 kbps, digital

8 kbps, digital

MULTIPLEXACIÓN22

Sistemas con portadora digital

• Se desarrolló una jerarquía de estructuras TDM.• Este sistema se ha adoptado en Estados Unidos, Canadá y Japón.• ITU-T usa un sistema similar (aunque no idéntico).• El sistema de Estados Unidos se basa en el formato de transmisión

DS-1.• En este formato se multiplexan 24 canales.• Cada trama contiene un bit de delimitación más 8 bits por canal.• En total (1 + 24 x 8) =193 bits por trama

12

MULTIPLEXACIÓN23

Time Division Multiplexing

The T1 carrier (1.544 Mbps).

MULTIPLEXACIÓN24

Sistemas con portadora digital

• Para transmisiones de voz, cada canal contiene una palabra de datos de voz digitalizada (PCM a una velocidad de 8.000 muestras por segundo):– Velocidad 8.000 x 193 = 1.544 Mbps.– En cinco de cada seis tramas se utilizan muestras PCM de 8 bits.– Cada 6 tramas, cada uno de los canales contiene una palabra PCM de 7 bits

más un bit de señalización.– Los bits de señalización forman una secuencia para cada canal de voz que

contiene información de control de red y de encaminamiento.• Formato similar para los datos digitales:

– 23 canales de datos:• En cada canal 7 bits por trama más un bit de indicación si hay datos de usuario o

de control del sistema.– El canal 24 es un sync.

13

MULTIPLEXACIÓN25

Transporte de Voz + Datos

• El formato DS-1 se puede usar para transportar una mezcla de canales de voz y de datos.

• Uso de los 24 canales.• No existe octeto sync.

MULTIPLEXACIÓN26

Jerarquías TDM

• Puede mezclar los bits procedentes de entradas DS-1:– El sistema DS-2 combina cuatro entradas DS-1 en una cadena de

6.312Mbps.

14

MULTIPLEXACIÓN27

Estándares TDM norteamericanose internacionales

2,0488,448

34,368139,264565,148

3012048019207680

12345

1,5443,1526,312

44,736274,176

244896672

4032

DS-1DS-1CDS-2DS-3DS-4

Velocidad (Mbps)

Número de canales de

voz

NivelVelocidad (Mbps)

Número de canales de voz

Nomenclatura

Internacional (ITU-T)Norteamérica

MULTIPLEXACIÓN28

REDES DE COMPUTADORES

TEMA 4.5

Multiplexación por división en el tiempo estadística

15

MULTIPLEXACIÓN29

5.- TDM estadística

• En una TDM síncrona se desaprovechan muchas de las ranuras temporales.

• La TDM estadística distribuye las ranuras de manera dinámica, basándose en la demanda.

• El multiplexor sondea las memorias de almacenamiento de entrada, aceptando datos hasta que se complete una trama.

• La velocidad de la línea multiplexada es menor que la suma de las velocidades de las líneas de entrada.

MULTIPLEXACIÓN30

Formatos de trama en TDM estadística

DatosDirección

Datos DatosLongitud LongitudDirección Dirección

(a) Trama completa

(b) Subtrama con una fuente por trama

(c) Subtrama con varias fuentes por trama

Delimitador Dirección Control Subtrama TDM estadística DelimitadorFCS

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MULTIPLEXACIÓN31

Prestaciones

• Velocidad de salida es menor que la suma de las velocidades de las entradas.

• Puede causar problemas durante periodos pico:– Almacenar temporalmente el exceso de datos de entrada.– Mantener el tamaño de la memoria temporal al mínimo para evitar

que haya retardo.